Vad är ett dipolmoment?

En dipol är ett neutralt system som består av två motsatt laddade delar. Till exempel är en vattenmolekyl neutral som helhet, men en av dess ändar är positivt laddad medan den andra är negativt laddad. Ett sådant föremål kan påverka andra laddade föremål genom elektromagnetiska krafter. Dipolmomentet för en dipol är en vektorstorhet som beskriver styrkan av detta inflytande. Dess storlek är lika med storleken på varje laddning, multiplicerat med avståndet mellan systemens två delar.

Styrkan på kraften som utövas av en dipol på en avlägsen partikel kan approximeras med hjälp av ekvationen F=2*pkq/r3. Här är p dipolmomentet, k är Coulombs konstant, q är storleken på nettoladdningen på den avlägsna partikeln och r är separationen mellan dipolens centrum och den avlägsna partikeln. Denna approximation är nästan perfekt på den längsgående axeln av systemet så länge som r är betydligt större än separationen mellan de två komponenterna i dipolen. För partiklar långt borta från denna axel överskattar approximationen kraften med så mycket som en faktor 2.

Einsteins relativitetsteori kopplar elektriska krafter till magnetiska krafter. Magnetfältet för en stångmagnet kan approximeras av en dipol av magnetiska laddningar, en nära magnetens nordpol, den andra nära sydpolen. En sådan sammansättning kallas en magnetisk dipol och inverkan den utövar på en avlägsen laddning som rör sig vinkelrätt mot fältet kan approximeras som 2*μqs/r3, där μ är det magnetiska dipolmomentet och s är hastigheten.

En elektrisk ström som rör sig i en cirkulär tråd genererar ett magnetfält som liknar det hos en kortstavsmagnet. Det magnetiska dipolmomentet för en sådan tråd har magnituden I*A, där I är trådens ström och A är det område den spårar ut i rymden. På atomnivå ses magnetism ofta som en följd av elektronernas rörelse längs krökta banor. Storleken på det magnetiska dipolmomentet för en sådan partikel är lika med q*s/(2r), där q är laddningens storlek, s är partikelns hastighet och r är banans radie.

Förutom att kvantifiera kraften hos en dipol på avlägsna laddade partiklar, är dipolmomentet användbart för att bestämma kraften som ett externt fält utövar på en dipol. Till exempel skapar en mikrovågsugn kortlivade, varierande elektriska fält. Dessa fält får vattenmolekyler, som är elektriska dipoler, att snurra. Denna rotationsrörelse leder till stigande temperatur, vilket lagar maten. Det maximala vridmomentet som utövas på en dipol av ett externt fält är helt enkelt produkten av dipolmomentet och fältstyrkan.